自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在垛莊水庫(kù)工程中的應(yīng)用

侯德國(guó)，崔　巖（山東水利工程總公司，山東 濟(jì)南 250014）

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在垛莊水庫(kù)工程中的應(yīng)用

侯德國(guó)，崔巖
（山東水利工程總公司，山東 濟(jì)南 250014）

【摘要】闡述了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在垛莊水庫(kù)工程中的應(yīng)用情況，分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與各部分的功能。實(shí)踐證明，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到水庫(kù)工程中具有費(fèi)省效宏的作用，為類似工程提供了借鑒?！娟P(guān)鍵詞】信息化建設(shè)；涵閘；水庫(kù)；自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

章丘市垛莊水庫(kù)是一座以防洪、灌溉為主，兼有供水、旅游等功能的中型水庫(kù)，始建于1966年，總庫(kù)容1 189萬(wàn)m3，擴(kuò)容后增加到1 421萬(wàn)m3。水庫(kù)自建成以來(lái)，在保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全和防洪安全、灌溉供水等方面發(fā)揮了顯著效益。為提高水庫(kù)綜合保障能力和防洪標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水庫(kù)大壩進(jìn)行了加高加固，溢洪道（閘）進(jìn)行了拆除重建，放水洞進(jìn)行了改建，同時(shí)對(duì)水庫(kù)觀測(cè)、管理設(shè)施也進(jìn)行了改建。為了提高水庫(kù)管理的自動(dòng)化水平，水庫(kù)擴(kuò)建后新增設(shè)了溢洪閘、大壩安全監(jiān)測(cè)、放水洞測(cè)控、視頻監(jiān)測(cè)、水情自動(dòng)測(cè)報(bào)5個(gè)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，各系統(tǒng)功能如下:

1　系統(tǒng)組成

垛莊水庫(kù)溢洪閘監(jiān)控系統(tǒng)和管理機(jī)構(gòu)主要由橋頭堡現(xiàn)場(chǎng)控制和調(diào)度中心等構(gòu)成。溢洪閘現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)主要由溢洪閘水位、流量、閘門控制和視頻安全監(jiān)測(cè)有關(guān)的硬件和監(jiān)控軟件組成。調(diào)度室采用Client/Server的方式采集PLC的數(shù)據(jù)，設(shè)置1臺(tái)工作員操作站，采集和保存整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，使用力控作為上位機(jī)監(jiān)控操作軟件，通過(guò)以太網(wǎng)和PLC通信，通信介質(zhì)為光纜。設(shè)置1臺(tái)視頻監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控并記錄現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面，設(shè)置1臺(tái)投影儀將監(jiān)控畫(huà)面直觀的顯示出來(lái)。還設(shè)有1 臺(tái)UPS電源保證系統(tǒng)在失去交流供電電源時(shí)有足夠的時(shí)間完成數(shù)據(jù)的保存，保證關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行等操作，避免系統(tǒng)在突然掉電時(shí)丟失數(shù)據(jù)、設(shè)備損壞。

2　系統(tǒng)功能

總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用西門子S7系列的PLC作為系統(tǒng)的控制單元，實(shí)現(xiàn)涵閘運(yùn)行檢測(cè)、涵閘運(yùn)行控制、水庫(kù)水位檢測(cè)、放水洞運(yùn)行等控制。系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)傳送到調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)中，調(diào)度中心計(jì)算機(jī)將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、保存和顯示?，F(xiàn)場(chǎng)的控制PLC在接收到調(diào)度中心計(jì)算機(jī)的指令后，根據(jù)指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，如開(kāi)啟閘門、關(guān)閉閘門等，并且還可以將當(dāng)?shù)孛磕甑慕邓闆r統(tǒng)計(jì)后寫(xiě)入計(jì)算機(jī)中，提高抗旱、抗洪的能力。

2.1溢洪閘控制系統(tǒng)

垛莊水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程溢洪閘控制系統(tǒng)主要包括對(duì)3孔閘門開(kāi)啟高度、閘前水位流量、泄水總量的自動(dòng)化控制，安裝閘前水位檢測(cè)等。該系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)采用西門子S7-300型PLC及若干模擬量、數(shù)字量采集模塊和通訊模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的升降全過(guò)程控制，并實(shí)現(xiàn)閘門升降過(guò)程中各種工況參數(shù)的自動(dòng)采集與監(jiān)視，以及故障報(bào)警和故障處理，還可以通過(guò)通訊實(shí)現(xiàn)觸摸屏及遠(yuǎn)程控制，并可監(jiān)視各種工況參數(shù)。

系統(tǒng)采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控及后備手動(dòng)控制方式，從而提高系統(tǒng)的可靠性。采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，基于以太網(wǎng)方式通訊，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端與微機(jī)控制室、水庫(kù)管理及遠(yuǎn)方水利局中央監(jiān)控室的通訊。

2.2大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，主要功能：壩底滲壓力及壩前、壩后水位等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和顯示；實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表及變化趨勢(shì)曲線的顯示和打?。粩?shù)值越值報(bào)警；歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要求界面美觀，操作方便，數(shù)據(jù)顯示直觀準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性好，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方便、保存時(shí)間長(zhǎng)，硬件系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)接口，易擴(kuò)展，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定等。自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器和系統(tǒng)必須正確反映大壩的工作性態(tài)和不同時(shí)期的變化情況，要求低故障、高可靠性，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的儀器具有人工觀測(cè)和自動(dòng)觀測(cè)雙重功能。

采用分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，降低故障率，提高準(zhǔn)確性和采集速度，擴(kuò)展性強(qiáng)。所有監(jiān)測(cè)參量均能實(shí)現(xiàn)人工比測(cè)。充分考慮防潮、防雷、抗干擾等技術(shù)措施，把由于自然、人為因素造成的系統(tǒng)損壞降至最低。軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，功能強(qiáng)，容易操作。

垛莊水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程由主站級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控級(jí)和測(cè)控終端級(jí)3部分組成，主站級(jí)能迅速可靠、準(zhǔn)確有效地完成閘底滲流集中監(jiān)測(cè)，保證各種監(jiān)測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視。還要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行管理，包括數(shù)據(jù)存檔、檢索、運(yùn)行報(bào)表生成打印、對(duì)外通信管理等?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)控級(jí)主要由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元組成，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元實(shí)現(xiàn)各滲壓傳感器等的自動(dòng)數(shù)據(jù)采集，為了保證信號(hào)的傳輸質(zhì)量，每個(gè)斷面設(shè)計(jì)1臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元，負(fù)責(zé)采集每個(gè)斷面的傳感器信號(hào)，然后通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，以光纜為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)到主站管理計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)傳。測(cè)控終端級(jí)主要由滲壓計(jì)等傳感器組成，滲壓計(jì)安裝在各斷面的滲壓管內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各對(duì)各個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)滲壓管內(nèi)壓力的采集，并將采集信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)測(cè)控級(jí)中的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元中。

2.3放水洞監(jiān)控系統(tǒng)

放水洞監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控主機(jī)（與溢洪閘監(jiān)控系統(tǒng)共用）、現(xiàn)場(chǎng)控制箱、西門子PLC、超聲波流量計(jì)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成。）監(jiān)控主機(jī)除能迅速可靠、準(zhǔn)確有效地完成對(duì)放水洞閥門的控制以及流量、泄水總量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)外，還要完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行管理，包括數(shù)據(jù)存檔、檢索、運(yùn)行報(bào)表生成與打印、操作記錄、異常記錄并報(bào)警、對(duì)外通信管理等。通過(guò)西門子PLC主要完成對(duì)各閘閥的安全監(jiān)視和控制。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)放水洞現(xiàn)場(chǎng)控制箱與監(jiān)控主機(jī)及水利局總控制級(jí)的通訊。

2.4視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本系統(tǒng)建設(shè)選用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的基于TCP/ IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并盡量做到系統(tǒng)能自動(dòng)接納、升級(jí)。整個(gè)系統(tǒng)可分為3部分，第一部分是視頻監(jiān)視前端，即現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視點(diǎn)；第二部分是中控室視頻監(jiān)控中心；第三部分是視頻圖像傳輸網(wǎng)絡(luò)。監(jiān)控中心由視頻監(jiān)控主機(jī)和8路硬盤(pán)錄像機(jī)等組成。通過(guò)硬盤(pán)錄像機(jī)的管理軟件可以方便的控制、切換監(jiān)視器上的圖像；可以將監(jiān)視圖像進(jìn)行硬盤(pán)錄像，存入文件服務(wù)器；可以遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)端監(jiān)視設(shè)備，具有系統(tǒng)配置和用戶管理的功能，同時(shí)支持將IP視頻數(shù)據(jù)流接收到Web信息資源整合平臺(tái)供瀏覽共享。

2.5雨情測(cè)報(bào)系統(tǒng)

因與水文站難以聯(lián)網(wǎng)，而用于水文自動(dòng)化測(cè)報(bào)系統(tǒng)的雨量計(jì)幾乎都是翻斗式雨量計(jì)，國(guó)內(nèi)外都是這樣，其他還有一些可用于自動(dòng)化系統(tǒng)的雨量計(jì)，如浮子式雨量計(jì)、壓力式雨量計(jì)等等也可以用于自動(dòng)化系統(tǒng)，但都還處于初期發(fā)展階段，目前只有很少量?jī)x器實(shí)際應(yīng)用，所以最終選用翻斗式雨量計(jì)。而在水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)中雨量精確度一般在0.1mm以上，所以選用單翻斗雨量計(jì)。

JDZ02—1型翻斗式雨量計(jì)輸出為開(kāi)關(guān)量信號(hào)，為避免雷電和干擾影響，安全期間數(shù)據(jù)傳輸線路應(yīng)該穿入金屬管埋在地下或墻壁之中，不能空中架設(shè)。開(kāi)關(guān)量信號(hào)由雨量監(jiān)測(cè)采集裝置通過(guò)RS485信號(hào)接入工控機(jī)，由程序負(fù)責(zé)記數(shù)，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)保存調(diào)用。

3　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行證明，垛莊水庫(kù)在應(yīng)用自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)后，其運(yùn)行控制更加方便、安全可靠，水庫(kù)管理的自動(dòng)化程度得到較大提高。實(shí)踐證明，將自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到水庫(kù)工程中是可行的，不但能夠提高水庫(kù)控制管理的準(zhǔn)確度，而且使水庫(kù)管理的智能化水平得到較大提高。自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用不僅益于單個(gè)水庫(kù)管理，還可以將整個(gè)地區(qū)的水庫(kù)集中到一起，實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)水庫(kù)管理的集中管控，以達(dá)到費(fèi)省效宏的目的。

（責(zé)任編輯 趙其芬）

【中圖分類號(hào)】TV697

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-09-0018-02

收稿日期：2015-05-30

作者簡(jiǎn)介：侯德國(guó)（1981—），男，工程師